Сильные импульсные магнитные поля в физическом эксперементе - Лагутин А.С.
ISBN: 5-283-03910-2
Скачать (прямая ссылка):
наличию разрезов (см. рис. 3.10)
9 в 7 6 S
Рис. 3.9. Вертикальное сечение установки для получения ССМП методом
электромагнитного сжатия потока (0-пинч) [101]:
7 - датчик поля; 2 - коллектор; 3 - медная трубка; 4 - провода к датчику
шля; 5 - стеклянная трубка; 6 - инжектирующий соленоид; 7 - первичный
соленоид; 8 - лайнер; 9 - феноловая вакуумная труба
92
10 9 8 7
Рис. 3.10. Горизонтальное сечение установки для получения ССМП методом
электромагнитного сжатия потока ((c)-пинч) [101 ]:
1 - изоляция; 2 - стеклопластик; 3 - болты; 4 - лайнер; 5 - стальная
пластина; 6 - коллектор; 7 - разрез; 8 - одновитковый соленоид; 9 -
станина; 10 - платформа
ток в соленоиде протекает таким образом, что поле внутри него достаточно
однородно. Обычно один соленоид выдерживает восемь - десять импульсов.
Типичные размеры лайнера, вставляемого в соленоид, таковы: внешний
диаметр 66, длина 20, толщина стенки 1 мм; материалом служила медь или
латунь. Исходное поле с Вт = 3 Тл генерировалось окружающим лайнер
многовитковым импульсным соленоидом с обмоткой из медного провода на
стальном каркасе. Толщина стенки каркаса 6 мм, что практически не мешает
введению в лайнер медленно усиливающегося стартойого поля (т0 0 = 1,8
мс), но экранирует многовитко-вый соленоид от быстро нарастающего поля,
возникающего вне одновиткового соленоида при его работе. Вся система как
целое (кроме конденсаторов) размешается в экранированном боксе размером
1,4х 1,5 х 1,6 м, изготовленном из стальных пластин толщиной 12 мм. Это
необходимо для защиты приборной части установки от очень сильных
злектромтг-нитных шумов, генерируемых в процессе получения ССМП.
В последние годы в Токийском университете осуществляется программа по
созданию установки для получения полей с Вт = 300 т 500 Тл методом
электромагнитного сжатия потока. Для этой цели используется емкостный
накопитель энергоемкостью 4 МДж. Первые эксперименты показали (рис.
3.11), что такие поля вполне достижимы при
93
Днм Ри с. 3.11. Временные зависимости то-120 ка / в первичном (ускоряющем
лай-
нер) соленоиде, индукции генерируемого поля В и внутреннего диаметра 88 D
лайнера [102]
40
0 20 40 ВО ВО 1, икс
сохранении достаточно большого объема рабочей области (диаметр около 10
мм), а этого достаточно для проведения физических экспериментов, в
частности для исследований в области физики твердого тела.
Помимо рассмотренного только что МК-генератора, в котором ускорение
лайнера осуществляется вследствие взаимодействия электрических токов,
протекающих в первичном соленоиде и в лайнере в азимутальном направлении
((c)-пинч), имеются варианты генераторов ССМП с другой ориентацией тока (Z-
пинч; см., например, [ 103]). В этом случае ток проходит по лайнеру в
аксиальном направлении (рис. 3.12). Рабочая камера состоит из двух
одинаковых стальных частей и располагается между токопроводящими дисками
диаметром 110 и толщиной 10 см. Стартовое магнитное поле создается двумя
соленоидами, размещаемыми в верхней и нижней частях камеры. Электрический
контакт
Рис. 3.12. Схема устройства по электромагнитному сжатию магнитного потока
(Z-пинч) [103]:
1 - верхняя и нижняя половинки рабочей камеры; 2 - смотровые окиа; 3 -
торцевые электроды; 4 - защитный цилиндр; 5 - контактные кольца; 6 -
скоростной фоторегистратор; 7 - изоляция; 8 - лайнер; 9 - магнитный зонд;
10 - соленоиды, создающие стартовое магнитное поле; 11 - токоподводящие
диски
94
лайнера с камерой (в случае Z-пинча по лайнеру протекает первичный ток)
осуществляется путем раздавливания концов лайнера между коническими
поверхностями камеры и торцевыми электродами.
Источником первичного тока служит конденсаторная батарея емкостью 1,5 мФ
с рабочим напряжением 30 кВ. Индукция начального магнитного поля
составляет 1-2 Тл. Лайнеры из листового алюминия имеют следующие
начальные размеры: внешний радиус 6, толщина стенок 0,1, длина 12 см.
Существенным обстоятельством является необходимость обеспечения высокой
однородности толщины стенок сжимаемого лайнера по его длине - не хуже 1
%, так как в противном случае сечение лайнера в процессе движения теряет
кольцевую форму и он может разрушиться на полпути.
Анализ полученных результатов позволил сделать вывод, что лишь при
тщательном изготовлении, подгонке и установке лайнера возможно в варианте
Z-пинча получать стабильные результаты по генерации ССМП [103]. С этой
точки зрения предпочтение необходимо отдать варианту 0-пинча.
Процесс генерации ССМП методом (c)-пинча моделировался с помощью численных
расчетов на ЭВМ [104, 105]. В первой из этих работ изложена общая теория
эффекта Кнара с учетом распределения магнитного попя по длине лайнера,
изменения индуктивности лайнера и его разогрева. Все расчеты проведены
для ''одномерного" случая, т.е. не учитывалась толщина лайнера. Подобные
расчеты дают достаточно точное описание процесса ускорения лайнера (рис.
3.13). Однако они неприменимы для расчета индукции максимально
